Квантовый двигатель — это устройство, которое может выполнять работу абсолютно без потерь энергии, избегая при этом сил трения и теплообмена с окружающей средой. Иными словами, такой движок обладает максимальной эффективностью. Современные двигатели не обладают такими свойствами, ведь существующие законы физики ограничивают их применение. Часть энергии в обязательном порядке теряется. Поэтому ученые уже десятки лет бьются над созданием «вечных» двигателей, которые бы могли позволить отправить космические корабли на другие планеты, разогнав их до рекордных скоростей. На данный момент уже создаются прототипы таких двигателей и проводятся их испытания. Эти агрегаты работают на совершенно новых принципах, что в будущем может привести к созданию сверхскоростных комических кораблей, летающих машин и многих других изобретений.
Международная команда исследователей впервые зарегистрировала рост квантовой мощности в квантовом двигателе. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, ученые описывают свои эксперименты с квантовыми двигателями и то, что им удалось узнать. Физики уже много лет изучают квантовые тепловые двигатели. Их работа очень похожа на классические тепловые двигатели, но их «рабочая жидкость», которая ведет себя подобно пару в паровом двигателе, может находиться в когерентной суперпозиции. Этот факт заставил задуматься многих ученых, работающих в этой области: могут ли квантовые двигатели действительно работать лучше, чем классические, с которыми человек сталкивается ежедневно?
Всего четыре года назад команда из Еврейского университета в Иерусалиме утверждала, что нашла ответ на этот вопрос, выдвинув теорию, предполагавшую, что квантовые двигатели действительно могут быть более эффективными, чем классические. И в новом исследовании ученые провели серию экспериментов и продемонстрировали, что та теория была верна.
Исследователи поместили NV-центр в магнитное поле, что привело к обращению энергетических уровней, представляя таким образом изначальное состояние двигателя. Рабочий ход был спровоцирован запуском в NV-центр микроволнового импульса, что заставило кубит вращаться под настраиваемым углом. Вращение кубита уменьшило количество энергии, полученной командой, в NV-центре. Затем ученые пустили в NV-центр зеленый лазер, заставив уровни кубитов объединиться с термальными ваннами. В результате центры вернулись в изначальное состояние.
Исследователи повторили эксперимент 100 тысяч раз, изменяя продолжительность циклов. В статье ученые сообщают, что выходная мощность для малых углов вращения кубитов была значительно выше, чем в двигателях такого же типа без когеренции. Это, по их словам, указывает на то, что их двигатель эффективнее классического.
Справка:
Сегодня квантовый двигатель пытаются создать многие страны. Создаются патенты, проводятся испытания, но реальных результатов на данный момент практически нет. Лишь некоторые страны уже добились определенных успехов.
В Германии немецкие ученые из Аугсбурга создали модель двигателя, работающую по квантовому принципу. Работа такого устройства базируется на том, что два атома, расположенные в газообразной оптической решетке при довольно низких отрицательных температурах подвергаются воздействию внешнего переменного магнитного поля.
В результате один из атомов начинает двигаться по оптической решетке. Через некоторое время он выходит на постоянную скорость. В свою очередь второй атом играет роль стартера. Именно благодаря нему первый атом получает ускорение. Такую конструкцию стали называть квантовым атомным двигателем. Однако такому двигателю до испытаний и реального применения еще далеко.
Китай и США также работают над созданием собственного квантового устройства. Они совместно разрабатывают и испытывают двигатель EmDrive. Китай вкладывает очень много денег в космос. Первоначально EmDrive был изобретён в Великобритании, затем созданием подобных двигателей заинтересовались США и Китай. NASA на данный момент практически полностью засекретило испытания своего двигателя EmDrive. Китайская академия наук в свою очередь достаточно часто сообщает о своих успехах. На данный момент Китай испытывает этот движок.
Изобретение EmDrive проверяется в различных условиях, включая вакуум. Устройство, как заверяют изобретатели, действительно работает. Оно может работать бесконечно долго и не требует запаса топлива. При этом для работы такого двигателя в космосе вполне будет достаточно солнечных батарей. Однако на данный момент такой движок выделяется небольшой полезной нагрузкой. В перспективе же EmDrive сможет разгонять ракеты и космические корабли до невероятных скоростей, которые будут приближаться к сотым и десятым долей скоростей света.
В России квантовый двигатель разрабатывается разными коллективами учеными. Так в МФТИ разрабатывается «вечный движок» второй степени. Ученые создают машину, в которой КПД будет составлять 100%. Для этого они используют кубиты, то есть элементарные вычислительные модули, а также ячейки памяти квантовых компьютеров. Они соединяются между собой на квантовом уровне. Кубиты способны поглощать тепловую энергию, после чего перемещают излишнюю энтропию в окружающую среду. В результате двигатель находится в состоянии, в котором он может работать бесконечно.
Если говорить о конструкции EmDrive, то она напоминает ведро из металла, которое запаяно с обеих сторон. Внутри у него находится магнетрон, который излучает электромагнитные волны. Такого устройства вполне хватает для создания небольшой тяги.
Квантовый двигатель имеет следующий принцип действия. Аккумулятор питает электрический генератор и преобразователь напряжения. В результате создаются три вида напряжения для:
- Магнитной составляющей.
- Обеспечения питанием электродвигателя.
- Катушек магнитной составляющей.
В результате системы магнитов и электродов создают магнитные и электрические поля. Эти поля выделяются ортогональным расположением, что позволяет получить вектора напряженности необходимого направления. Эти неоднородные поля действуют на рабочее тело, образуя поляризацию. Само же рабочее тело вращается вокруг оси. В итоге в рабочем теле наблюдается распределение квантов. Образуется сила тяги, которая передается активатором. Сами активаторы находятся под углом к оси плоскости дисков
Так как ось активатора определяет направление силы тяги, то наблюдается разделение сил на нормальные и тангенциальные. Система взаимодействует с вакуумным полем, что приводит к созданию энергии из поля вакуума. Полученная энергия тратится на вращение электрического генератора, который создает тягу, а также обеспечивает питание гидросистемы двигателя.
Квантовый двигатель может применяться в самых разных областях. Однако, в первую очередь, эти устройства необходимы для космоса. Кроме космических кораблей этот двигатель может быть использован для автомобилей, летающих машин, подводных лодок, кораблей, железнодорожного транспорта и самолетов. При этом автомобилям и самолетам нужно будет минимум топлива. Достаточно будет один раз заправить машину, чтобы годами ездить на ней, не зная проблем. К тому же такие машины практически не будут ломаться.
Подводные аппараты при достаточной мощности двигателей смогут подниматься над водой и даже улетать в космос. В реальности они будут схожи с современными неопознанными летающими объектами, о которых так часто говорят в уфологии. Начнется полноценное освоение солнечной системы и ближайших планет нашей вселенной.
Также двигатель отлично может быть использован для выработки электричества, автономного электрического снабжения квартир и домов. Извлечение энергии из двигателя на квантовом принципе позволит отказаться от традиционного химического топлива, нефти и газа, ведь энергия станет практически бесплатной.
В будущем квантовый двигатель сможет найти и другие применения. Совершенствование технологий приведет к появлению новых двигателей. Это будут миниатюрные устройства, которые смогут преобразовывать магнитную или электрическую энергию в механическую. В результате могут появиться нанороботы, которые смогут лечить людей. К примеру, такие миниатюрные роботы смогут бороться с раком, безопасно удаляя пораженные ткани, уничтожать вирусы и микробы.
В России на данный момент прорабатывается большое число прорывных проектов, связанных с квантовым движком. Им интересуются российские космические концерны. Силовая установка, работающая на квантовом принципе, может стать основой для создания российского космоплана. Возможно, квантовый двигатель будет использоваться для создания сверхтяжелой космической ракеты, которая должна появиться в России до 2030 года.
Источники: https://naked-science.ru/, https://electrosam.ru/
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
